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        翅片管式空氣冷卻器

        日期:2022-01-11 01:38:18點(diǎn)擊:306

        4翅片管式空氣冷卻器
        4.1空冷器的優(yōu)點(diǎn)和結構形式
        空氣冷卻器是用環(huán)境空氣冷卻工藝流體的大型換熱設備。在煉油廠(chǎng),發(fā)電廠(chǎng)和其他 工業(yè)領(lǐng)域中已得到廣泛應用。為了強化空氣的冷卻效果,絕大多數空冷器都采用翅片管 作為傳熱元件。為了節約水源,用空冷代替水冷已成為普遍的選擇,空冷與傳統的水冷相 比,其主要優(yōu)點(diǎn)在于:
        ① 水日益成為緊缺的資源,我國是一個(gè)缺水的國家,在某些能源大省和廣大的西北地 區,水資源更為緊張,而空氣到處都有,且可免費利用,為解決缺水瓶頸采用空氣冷卻是唯 一可能的選擇。
        ② 釆用空冷幾乎不會(huì )對環(huán)境造成污染,若釆用水冷,當換熱器出現腐蝕和泄漏時(shí),會(huì ) 對水資源造成污染。
        ③ 水需要加工和處理,在換熱器中水的流動(dòng)阻力較大,使得水冷的成本較高;而空氣 無(wú)需經(jīng)過(guò)處理,而且不需要循環(huán)使用,因而運行成本較低。
        此外,用空氣作為冷卻介質(zhì),與水比較,也有若干不足和特點(diǎn):
        ① 空氣溫度受大氣溫度及氣候的影響很大,經(jīng)常處于變動(dòng)狀態(tài),不像水溫容易控制。
        ② 空氣的入口溫度為大氣的干球溫度,被冷卻介質(zhì)的出口溫度不能低于大氣干球溫 度,其冷卻效果受大氣溫度的影響和制約。
        ③ 所需要的空氣流量很大:空氣在20℃時(shí),比熱容為1. 0 kJ/(kg •℃).密度為 1.2 kg/m3,而水的比熱容為4. 183 kJ/(kg • Y),密度為998 kg/m3o在吸收同等熱量和 同樣溫升的情況下,空氣的質(zhì)量為水的4. 18倍,空氣的體積為水的830倍,所以,空冷器 需要大的風(fēng)量和大的迎風(fēng)面積。
        ④ 空氣的對流換熱系數要遠遠低于水的對流換熱系數,即使在采用翅片管的情況下,
        空冷器的傳熱系數也較低,是水冷器的傳熱系數的* 倍。
        空冷器的結構:
        (1)翅片管。為了提高空冷器的傳熱效果,絕大多數空冷器都要采用翅片管作為空 冷器的傳熱元件。見(jiàn)第1.2節中與空氣換熱的翅片管的介紹。由于空氣流過(guò)翅片時(shí)幾乎 沒(méi)有污染和腐蝕,在大多數運行條件下,表面積灰和結垢不嚴重,所以空冷器所采用的翅 片管的翅片密度很大,翅化比可達20以上。翅片材質(zhì)多為鋁,而基管材質(zhì)多釆用碳鋼或 不銹鋼。其中鋼管/鋁軋制復合翅片管應用最為普遍,其結構如圖4. 1. 1所示。
        這種翅片管的接觸熱阻很小,此外,整體的鋁翅片將基管與空氣完全隔離,再加上加
        工容易,制造成本較低等優(yōu)點(diǎn),因而成為目前空冷器制造行業(yè)的首選。常用的翅片管規格 為:基管外徑:。。=20 ~25 mm;翅片高度1。- 15 mm;翅片間距3 ~4 mm;翅片厚度: 0. 3 -0. 6 mm;翅化比15 ~25。
        例如:某一常用的翅片管的規格為:基管外徑。。=25 mm;翅片高度t=12.5 mm;翅片 間距為3.0 mm;翅片厚度為0.5 mm;翅化比為23。
        (2)翅片管束。
        由多支翅片管和管箱組成的傳熱單元稱(chēng)為翅片管束。

        如圖4. 1.2所示,翅片管束主要由翅片管和連接翅片管的管箱組成,管內介質(zhì)的進(jìn)口 和岀口可以置于同一個(gè)管箱上,另一管箱作為回轉管箱,依靠管箱內部的隔板來(lái)實(shí)現管程 的劃分。
        在空氣流動(dòng)方向,一般布置2~6排翅片管,圖中所示為2個(gè)管程,每2排翅片管為一 個(gè)管程。各排翅片管之間是錯排排列。管束的外形尺寸為丄(長(cháng)x"(寬),為了便于運輸 和加工,長(cháng)度厶一般不超過(guò)12 m,而寬度驢不超過(guò)3 m為宜。
        管箱的結構有多種形式,如圖4. 1.3所示。為了便于翅片管的安裝和管內的清理,往 往采用絲堵型管箱結構,在管箱的外側箱板上,針對每個(gè)管口,安裝一個(gè)可拆卸的絲堵。 對于高壓介質(zhì),可采用圓管型管箱。

        圖4.1.3管箱結構

        (3) 翅片管束和風(fēng)機的布置形式。
        一臺空冷器由若干個(gè)翅片管束并在一起,構成一個(gè)完成的換熱器傳熱結構??绽淦?的翅片管束和風(fēng)機有兩種布置形式:圖4. 1.4中,管束水平布置,風(fēng)機安裝在下部,向上鼓 風(fēng),稱(chēng)為鼓風(fēng)式或強制通風(fēng)式空冷器;圖4. 1.5中,管束水平放置,風(fēng)機安裝在上部,向上 引風(fēng),稱(chēng)為引風(fēng)式或誘導通風(fēng)式空冷器。

         
        圖4. 1.5誘導通風(fēng)式空冷器
        兩種形式的空冷器各有優(yōu)缺點(diǎn):對于強制通風(fēng)式空冷器,進(jìn)入風(fēng)機的空氣是沒(méi)有加熱 的冷風(fēng),空氣密度較大,風(fēng)機的功率消耗較小,缺點(diǎn)是鼓出去的熱風(fēng)容易被吸回來(lái),產(chǎn)生熱 風(fēng)再循環(huán),需要在空氣出口和入口的結構上做仔細的考慮;對于誘導通風(fēng)式空冷器,進(jìn)入 風(fēng)機的風(fēng)是經(jīng)過(guò)加熱后的熱風(fēng),溫度較高,因此風(fēng)機耗能較大,但是因空氣出口的動(dòng)壓較 高,不易產(chǎn)生熱風(fēng)再循環(huán)現象,此外,由于風(fēng)機安裝在高處,會(huì )給結構設計和安裝工藝增加 一定的難度。
        在風(fēng)機型號的選擇上有三個(gè)重要的參數互相關(guān)聯(lián),即風(fēng)量(m3/h),壓頭(Pa)及功率 (kW),這些參數要由設計確定。在結構上,往往采用多臺風(fēng)機,要與管束的迎風(fēng)面合理 地結合在一起。
        為了防止日照、雨雪、低溫等自然因素對管束及換熱的影響,對于強制通風(fēng)式空冷器, 在翅片管束上部都要裝設可調整開(kāi)度的百葉窗匸
        除了圖4. 1.4,4. 1.5所示的管束水平放置的形式之外,翅片管束還可以?xún)A斜放置,或 -146 .
         
        圖4. 1.6管束傾斜放置                                    圖4. 1.7管束垂直放置
        管束水平放置的空冷器特別適用于多管程的情況,而傾斜放置或垂直放置的空冷器, 特別適用于單管程或管內蒸汽的凝結,蒸汽從上部管箱進(jìn)入,凝液從下部管箱排出。此 外,傾斜放置或垂直放置的空冷器,與水平放置相比,占地面積要減少一些,但對空氣繞流 翅片管束的均勻性會(huì )有一定影響。
        本章重點(diǎn)講解空冷器的設計計算方法,對于空冷器的結構設計及其細節不作詳細論 述。在空冷器的設計中,管外是空氣繞流翅片管束的換熱,換熱系數已有成熟的計算方 法,可按第2章中的有關(guān)公式進(jìn)行計算。然而,管內被冷卻的介質(zhì)會(huì )有各種不同的換熱情 況,并遵循不同的換熱規律,因而有必要根據管內的換熱特點(diǎn)對空冷器的設計進(jìn)行分類(lèi)。 按管內的換熱特點(diǎn)可分為:
        (1 )管內介質(zhì)是單組分或多組分的冷卻;
        (2) 管內介質(zhì)是單組分或多組分的冷凝;
        (3) 管內介質(zhì)是單組分或多組分的冷凝和冷卻。
        管內的相變換熱都涉及管內氣/液兩相流動(dòng),由于換熱過(guò)程的復雜性和計算方法不完 善,給空冷器的設計計算帶來(lái)很大的困難。
        4.2節講述管內是單相流體冷卻時(shí)的空冷器設計;在4. 3節中講述管內凝結過(guò)程和 冷卻過(guò)程同時(shí)存在時(shí)的空冷器設計計算;在4. 4節中重點(diǎn)講述空冷器的變工況計算;在 4.5節中推薦一些設計的經(jīng)驗數據和空冷器的相關(guān)標準。在各節中都給出了計算例并對 計算結果進(jìn)行簡(jiǎn)單討論。

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